DE2712519B2 - Device for elastic surface waves - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen, insbesondere für die Verwendung als Zwischenfrequenzfilter eines Fernsehempfängers, bestehend aus einem Anschnitt-Lithiumtantalat- bzw. -LiTaOrSubstrat aus wenigstens einem am LiTaO3-Substrat vorgesehenen Wandler zum Erzeugen einer elastischen Oberflächenwelle in Richtung der V-Achse auf dem X-Schnitt-Lithiumtantalatsubstrat, welches gemäß der IRE Norm senkrecht längs der X-Achse unter einem Winkel von ± 10° zum Substrat geschnitten ist und gemäß der IRE Norm die V-Achse eine auf das X-Schnitt-Substrat projizierte Achse ist.The invention relates to a device for elastic surface waves, in particular for use as an intermediate frequency filter of a television receiver, consisting of a cut lithium tantalate or LiTaOr substrate from at least one transducer provided on the LiTaO 3 substrate for generating an elastic surface wave in the direction of the V-axis on the X-cut lithium tantalate substrate which, according to the IRE standard, is cut perpendicularly along the X-axis at an angle of ± 10 ° to the substrate and according to the IRE standard, the V-axis is an axis projected onto the X-cut substrate .
Als Substrat für eine Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen kann nach den Normen der IRE (Institute of Radio Engineering) ein (längs der V-Achse geschnittenes) V-Schnitt-LiNbOj-Substrat mit Z-Ausbreitung,einum 130° gedrehtes V-Schnitt-liNbOj-Substrat, ein piezoelektrisches Keramikelement, ein V-Schnitt-LifaOrSubstrat mit Z-Ausbreitung, ejae ST-Schnitt-Quarzvorrichtung oddgL verwendet werden. According to the standards of the IRE (Institute of Radio Engineering) a (cut along the V-axis) V-cut LiNbOj substrate with Z-propagation, a 130 ° rotated V-cut LiNbOj substrate, a piezoelectric ceramic element V-cut LifaOrSubstrat with Z-expansion, ejae ST-cut quartz device oddgL can be used.
Die vorstehend angegebenen, bisher verwendeten piezoelektrischen Vorrichtungen sind mit folgendenThe above-mentioned piezoelectric devices used heretofore are as follows
ίο Nachteilen behaftet: Die V-Schnitt-, Z-Ausbreitung-LiNbO3-Vorrichtung besitzt einen ausreichend großen piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten und eine vergleichsweise kleine Dielektrizitätskonstante, und eine solche Vorrichtung wird allgemein angewandt Die Temperaturdrift der Oberflächenwellengeschwindigkeit besitzt jedoch einen hohen Wert von etwa 80ppm°C, wodurch die Temperaturkennlinie stark verringert wird. Eine auf der Empfangsseite angeordnete fingerartig verschachtelte bzw. Kammelektrode empfängt eine Haupt- oder Gesamtwelle (bulk wave), und wenn eine solche LiNbO3-Vorrichtung beispielsweise als Filter benutzt wird, tritt im oberen Bereich ihres Bandpasses ein starkes Gesamt-Nebenansprechen auf. Obgleich die um 131° gedrehte V-Schnitt-LiNbO3-Vorrichtung einen besseren Kopplungskueffizienten, eine bessere Dielektrizitätskonstante und eine bessere Gesamt-Streucharakteristik bietet, besitzt ihr Temperaturkoeffizient immer noch einen hohen Wert von etwa 80ppm°C.ίο Disadvantages: The V-cut, Z-propagation LiNbO 3 device has a sufficiently large piezoelectric coupling coefficient and a comparatively small dielectric constant, and such a device is widely used. However, the temperature drift of the surface wave velocity has a high value of about 80 ppm C, which greatly reduces the temperature curve. A finger-like nested or comb electrode arranged on the receiving side receives a main or total wave (bulk wave), and if such a LiNbO 3 device is used as a filter, for example, a strong overall side response occurs in the upper range of its bandpass. Although the V-cut LiNbO 3 device rotated by 131 ° offers a better coupling coefficient, a better dielectric constant and a better overall scatter characteristic, its temperature coefficient still has a high value of about 80 ppm ° C.
Zur Verbesserung der Temperaturcharakteristik wurde eine piezoelektrische Keramikvorrichtung entwickelt Diese besitzt jedoch eine hohe Dielektrizitätskonstante und eine große Variation der Oberflächenwellengeschwindigkeit. Die V-Schnitt-, Z-Ausbreitung-LiTaO3-Vorrichtung besitzt einen hohen Temperaturkoeffizienten. In order to improve the temperature characteristic, a piezoelectric ceramic device has been developed. However, it has a high dielectric constant and a large variation in surface wave velocity. The V-cut, Z-propagation LiTaO 3 device has a high temperature coefficient.
Die St-Schnitt-Quarzvorrichtung bietet zwar einen besseren Ternperaturkoeffizienten, jedoch einen niedrigeren Kopplungskoeffizienten.The St cut quartz device offers a better temperature coefficient but a lower one Coupling coefficient.
Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß die erwähnten, bisher benutzten piezoelektrischen Körper verschiedene Vor- und Nachteile besitzen. Bisher konnte noch keine Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen zur Verfugung gestellt werden, die vorteilhafte Gesamteigenschaften besitzt. Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen, die aus LiTaO3 hergestellt ist und eine bessere Temperaturcharakteristik sowie eine bessere Gesamt-Nebenansprechcharakteristik bietet als die bisher verwendeten Vorrichtungen dieser Art Ausgehend von der Vorrichtung für elastischeFrom the foregoing it can be seen that the previously mentioned piezoelectric bodies which have been used have various advantages and disadvantages. So far, no device for elastic surface waves could be made available which has advantageous overall properties. The object of the invention is thus to create a device for elastic surface waves which is made from LiTaO 3 and offers better temperature characteristics and better overall secondary response characteristics than the devices of this type previously used, starting from the device for elastic
Oberflächenwellen der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wandler so angeordnet ist, daß sich eine elastische Oberflächenwelle in einer Richtung im Bereich von 75° bis 133° oder von (75+180)° bis (133+180)° zu der V-Achse ausbreitet.Surface waves of the type defined at the outset, this object is achieved according to the invention in that the Converter is arranged so that an elastic surface wave in a direction in the range of 75 ° to 133 ° or from (75 + 180) ° to (133 + 180) ° to the V-axis.
Besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.Particularly advantageous developments and refinements of the invention emerge from the Claims 2 to 8.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtA preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen gemäß einer Ausführungsform;Fig. 1 is a schematic representation of a device for elastic surface waves according to an embodiment;
F i g. 2 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen zur ErläuterungF i g. 2 is a perspective view of the elastic surface wave device for explanation
JK&JK &
ihres Anwendungsbereiches;their scope;
Fig.3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Oberfiächenwellen-Ausbreitt'ngsrichtung bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 und dem Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit bei der Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen,Fig. 3 is a graph showing the relationship between the surface wave propagation direction in the device according to FIG. 1 and the temperature coefficient the delay time in the elastic surface wave device,
Fig.4 eine Frequenzgangkurve der Vorrichtung gemäß Fig. 1;4 shows a frequency response curve of the device according to FIG. 1;
Fig.5 bis 10 graphische Darstellungen jeweils der Beziehung zwischen einer Frequenz und der Dämpfungsgröße bei verschiedenen Oberflächen-Ausbreitungsrichtungen; Fig. 5 to 10 graphs each of the Relationship between a frequency and the amount of attenuation at different surface propagation directions;
F i g. 11 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Oberflächenwellen-Ausbreitungsrichtung und dem Gesamt-Nebenansprechpegel; isF i g. 11 is a graph showing the relationship between the surface wave propagation direction and the overall secondary response level; is
Fig. 12 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Oberflächenwellen-Ausbreitungsrichtung und dem piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 undFig. 12 is a graph showing the relationship between the surface wave propagation direction and the piezoelectric coupling coefficient in the device according to FIG. 1 and
Fig. 13 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur und dem Filterdurchlaßbereich bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1.Fig. 13 is a graph showing the relationship between temperature and filter transmission area in the device according to FIG. 1.
In F i g. 1 ist ein piezoelektrisches Substrat 11 aus Lithiumtantalat (LiTaO3) dargestellt, dessen Oberfläche senkrecht zu einer X-Achse des LiTaO3-Kristalls geschnitten ist In Fig. 1 sind auch eine K-Achse und eine Z-Achse an der Oberfläche des Substrats 11 dargestellt Das so hergestellte Substrat wird im folgenden als X-Schnitt-LiTaOrSubstrat bezeichnet. Die Fingerelektroden 12a und 13a zweier Paare van fingerartig verschachtelten Kammelektroden 12,13 sind auf der Oberfläche des Substrats 11 unter einem rechten Winkel zu einer Geraden 17 angeordnet, die in einer Richtung θ von 112,2° zur Y-Achse verläuft, so daß eine Oberflächenwelle in einer Richtung θ von 112,2° zur Y-Achse angeregt werden kann. Die Kammelektrode 12 ist hierbei ein vcbestimmtes Stück s von der anderen Kammelektrode 13 entfernt Folglich kann das piezoelektrische Substrat 11 längs der gestrichelten Linie 16 in Fig. 1 geschnitten werden, wobei die Gerade 17 die Längsrichtung der resultierenden, geschnittenen Konstruktion bestimmt. Das angegebene LiTaO3 kann in reiner Form vorliegen oder z.B. 100 —300 ppm (Teile pro Million Teile) Al, 10-30 ppm Ca, 10 ppm Cr, 3-10 ppm Cu, 10-30 ppm Fe, 1000 ppm K, 3-10 ppm Mg, 10-30 ppm Mn, 300 ppm Na, 10 ppm Nb sowie 10-30 ppm Si allein oder in jeder beliebigen Kombination als Fremdatom enthalten. Die gleiche Wirkung kann erzielt werden, wenn Rh, Pt, Mo, W usw., von außen zugesetzt oder aus dem Tiegelmaterial beim so Herstellungsverfahren gebildet, jeweils aliein oder in Kombination als Fremdatom dem LiTaO3 zugemischt werden. Die Gesamtmenge an Verunreinigungen b.»w. Fremdatomen sollte vorzugsweise unter 2400 ppm liegen. Das angegebene LiTaO3 ist also ein solches mit diesen Fremdatomen.In Fig. 1 shows a piezoelectric substrate 11 made of lithium tantalate (LiTaO 3 ), the surface of which is cut perpendicular to an X axis of the LiTaO 3 crystal The substrate produced in this way is referred to below as an X-cut LiTaOr substrate. The finger electrodes 12a and 13a of two pairs of finger-like nested comb electrodes 12,13 are arranged on the surface of the substrate 11 at a right angle to a straight line 17 which runs in a direction θ of 112.2 ° to the Y axis, so that a Surface wave can be excited in a direction θ of 112.2 ° to the Y axis. The comb electrode 12 is here a certain distance s from the other comb electrode 13. Consequently, the piezoelectric substrate 11 can be cut along the dashed line 16 in FIG. 1, the straight line 17 determining the longitudinal direction of the resulting cut structure. The specified LiTaO 3 can be in pure form or, for example, 100-300 ppm (parts per million parts) Al, 10-30 ppm Ca, 10 ppm Cr, 3-10 ppm Cu, 10-30 ppm Fe, 1000 ppm K, 3 -10 ppm Mg, 10-30 ppm Mn, 300 ppm Na, 10 ppm Nb and 10-30 ppm Si alone or in any combination as an impurity. The same effect can be achieved if Rh, Pt, Mo, W, etc., are added from the outside or formed from the crucible material in the production process in this way, in each case alone or in combination are admixed with the LiTaO 3 as an impurity. The total amount of impurities b. »W. Foreign atoms should preferably be below 2400 ppm. The specified LiTaO 3 is therefore one with these foreign atoms.
Der genannte Ausdruck »X-Schnitt« bezieht sich auf alle Fälle, in denen die X-Achse nach der IRE-Norm senkrecht unter einem Winkel von 90° ± 10° zur Ebene des gemäß Fig. 1 geschnittenen Substrats verläuft. Im Fall der nach der IRE-Norm mit X, Y und Z angegebenen Achsen wird das Substrat, genauer gesagt, gemäß F i g. 2 innerhalb eines Kegels 14 geschnitten, der einen Winkel von ±10° zur X-Achse auf der XYZ- Koordinate beschreibt wobei der Schnittpunkt der X-, Y- und Z-Achsen als Mittelpunkt dient. Bei dem senkrecht gegenüber der im Kegel 14 vorhandenen X'-Achse geschnittenen Substrat 11 wird bcisDic'sweise eine Verlagerung zu einer Ebene Y'Z vorgenommen. Die genannte K-Achse ist in diesem Fall die echte V-Achse, projiziert auf die X-Schnitt-Substratebene. Bezüglich der von der X-Achse verschobenen X-Achse wird eine durch Projektion der entsprechenden y-Achse auf die Ebene des Substrats 11 erhaltene. Achse V'als die echte Y-Achse ausgedrücktThe term “X-cut” referred to relates to all cases in which the X-axis according to the IRE standard runs perpendicularly at an angle of 90 ° ± 10 ° to the plane of the substrate cut according to FIG. In the case of the axes indicated by X, Y and Z according to the IRE standard, the substrate is, more precisely, according to FIG. 2 cut within a cone 14, which describes an angle of ± 10 ° to the X axis on the XYZ coordinate, the intersection of the X, Y and Z axes serving as the center. In the case of the substrate 11, which is cut perpendicularly with respect to the X ' axis present in the cone 14, a shift to a plane Y'Z is carried out bcisDic's. In this case, the named K-axis is the real V-axis, projected onto the X-section substrate plane. With respect to the X-axis shifted from the X-axis, one is obtained by projecting the corresponding y-axis onto the plane of the substrate 11. Axis V 'expressed as the true Y axis
F i g. 3 zeigt eine durch Versuche erhaltene Kennlinie der Beziehung zwischen dem Temperatui koeffizienten der Verzögerungs- oder Verzugszeit und der Ausbreitungsrichtung (d. h. der Oberflächenwellen-Ausbreitungsrichtung θ entsprechend dem Winkel der Linie 17 relativ zur V-Achse) einer elastischen Oberflächenwelle aufdemX-Schnitt-LiTaOrSubstratll.F i g. 3 shows a characteristic curve of the relationship between the temperature coefficient obtained through experiments the delay or lag time and the direction of propagation (i.e. the direction of surface wave propagation θ corresponding to the angle of the line 17 relative to the V-axis) of an elastic surface wave on the X-cut LiTaOrSubstratll.
Gfmäß F i g. 3 zeigt der Temperaturkoeffizient die kleinsten Werte, wenn die Oberflächenwellen-Ausbreitungsrichtung unter 112,2° (vergL F i g. 1) und 147,8° zur V-Achse liegt. Anhand der Kurve von F i g. 3 läßt sich feststellen, daß dann, wenn sich eine elastische Oberflächenwelle in einer Richtung θ von 112,2° und 147,8° zur Y-Achse ausbreitet, eine Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen mit guten Temperatureigenschaften erzielt werden kann.According to FIG. 3 shows the temperature coefficient the smallest values when the surface wave propagation direction is below 112.2 ° (see FIG. 1) and 147.8 ° to the V-axis. Using the curve of FIG. 3, it can be seen that when a surface elastic wave propagates in a direction θ of 112.2 ° and 147.8 ° to the Y axis, a surface elastic wave device having good temperature characteristics can be obtained.
Fig. 1 zeigt eine solche Vorrichtung mit auf 112,2° eingestellter Oberflächenwellen-Ausbreitungsrichtung, bei welcher der Temperaturkoeffizient klein ist. Eine Nessung des Frequenzgangs lieferte die ausgezeichneten Ergebnisse gemäß Fig.4. Hierbei bedeutet die Oberflächenweilen-Ausbreitungsrichtung (Θ = 112,2°), daß sich die elastische Oberflächenwelle vom Kammelektrodenpaar 12 zum Kammelektrodenpaar 13 ausbreitet. Das gleiche Ergebnis wird auch erzielt, wenn sich eine Oberflächenwelle vom Kammelektrodenpaar 13 zum Kammelektrodenpaar 12 ausbreitet. In diesem Fall liegt die Ausbreitungsrichtung bei θ - 112,2° + 180° = 292,2°. Die ausgezogene Kurve gemäß Fig.4 ist eine Auswertung des Pegels eines elektrischen Signals, das am Kammelektrodenpaar 13 erscheint, wenn ein Signal mit einer Frequenz von 44—66MHz an das Kammelektrodenpaar 12 auf der Vorrichtung gemäß Fig. 1 angelegt wird. Die Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen besitzt einen Durchlaßbereich von etwa 52 —57MHz mit einer außerhalb des Bandpasses bzw. Durchlaßbereiches liegenden Dämpfungsbereich. Aus der Kurve gemäß Fig.4 geht hervor, daß Neben- oder Streuwellen im Dämpfungsbereich klein sind und innerhalb praktischer Grenzwerte liegen. Die gestrichelte Kurve gemäß F i g. Λ gibt den Frequenzgang für den Fall an, daß ein Oberflächenwellen-Dämpfungsmaterial in kleiner Menge auf den vom Kammelektrodenpaar 12 zum Kammelektrodenpaar 13 verlaufenden Oberflächenwellen-Ausbreitungspfad aufgebracht wird. Im Hinblick darauf, daß das Ansprechen durch lediglich das Oberflächen-Dämpfungsverfahren innerhalb und außerhalb des Durchlaßbereiches praktisch im gleichen Ausmaß gedämpft wird, ist es denkbar, daß das Ansprechverhalten außerhalb des Durchlaßbereichs sowie dasjenige innerhalb des Durchlaßbereichs hauptsächlich für die Ansprechcharakteristik der Oberflächenwelle verantwortlich sind. Ersichtlicherweise besitzt somit die Ausführungsform gemäß F i g. 1 nicht nur einen kleinen Temperaturkoeffizienten, sondern auch eine gute Gesamt-Nebenansprechcharakteristik.Fig. 1 shows such a device at 112.2 ° Set surface wave propagation direction at which the temperature coefficient is small. One Measurement of the frequency response provided the excellent results according to FIG. 4. Here the means Surface time propagation direction (Θ = 112.2 °), that the elastic surface wave from the comb electrode pair 12 to the comb electrode pair 13 spreads. The same result is also achieved when a surface wave emanates from the pair of comb electrodes 13 spreads to the pair of comb electrodes 12. In this case the direction of propagation is included θ - 112.2 ° + 180 ° = 292.2 °. The solid curve according to FIG. 4 is an evaluation of the level of an electrical signal which is generated at the comb electrode pair 13 appears when a signal with a frequency of 44-66MHz is sent to the pair of comb electrodes 12 on the Device according to FIG. 1 is applied. The surface elastic wave device has a Passband of about 52-57MHz with one outside the bandpass or passband lying attenuation range. From the curve according to Figure 4 it can be seen that spurious or stray waves in the Attenuation ranges are small and within practical limits. The dashed curve according to F i g. Λ indicates the frequency response when surface acoustic wave damping material is used in a small amount on the surface wave propagation path running from the comb electrode pair 12 to the comb electrode pair 13 is applied. In view of the fact that addressing through just that Surface attenuation method inside and outside the pass band practically in the same way Is attenuated extent, it is conceivable that the response is outside the pass band as well as that within the pass band mainly for the response characteristic of the surface wave are responsible. The embodiment according to FIG. 1 not only a small temperature coefficient, but also a good overall secondary response characteristic.
Die F i g. 5 bis 10 veranschaulichen den Frequenzgang bei verschiedenartiger Änderung der Oberflächenwellen-Ausbreitungsrichtung θ innerhalb eines praktischen Bereichs, so daß der Temperaturkoeffizient iFie. 3) The F i g. 5 to 10 illustrate the frequency response when the surface wave propagation direction θ is variously changed within a practical range so that the temperature coefficient iFie. 3)
beispielsweise unter etwa 34 ppm °C gehalten wird. Hierbei ist zu beachten, daß, wie in Verbindung mit Fig.4 erläutert, dasselbe Ergebnis dann erzielt wird, wenn anstelle des Winkeis θ der Winkel θ + 180° zur V-Achse angewandt wird. Der Einfachheit halber bezieht sich jedoch die folgende Beschreibung lediglich auf den Winkel Θ. Ähnliches gilt aber auch für den Winkele +180°.for example, is maintained below about 34 ppm ° C. It should be noted that, as in connection with Fig. 4 explains that the same result is then achieved if instead of the angle θ the angle θ + 180 ° to the V-axis is used. For the sake of simplicity however, the following description only refers to the angle Θ. The same also applies to the Angles + 180 °.
Für θ = 67,8° ist der Frequenzgang der Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen als ausgezogene Linie in F i g. 5 eingezeichnet, während die gestrichelte Linie den Frequenzgang für den Fall angibt, daß eine kleine Menge eines die Oberflächenwellen dämpfenden Materials auf die Oberflächenwellen-Ausbreitungsstrekke aufgebracht wird. Als Dämpfungsmaterial kann beispielsweise ein gummiartiges Klebmittel benutzt werden, wie es im Handel unier der Bezeichnung »Cemedine Contact« erhältlich ist. Das Dämpfungsmaterial wird mit Hilfe eines dünnen, mit Baumwolle (Watte) belegten Stäbchens aufgestrichen. Bei kontinuierlicher Änderung der Frequenz von 48 MHz auf 68 MHz ist die Dämpfung derart, daß ein Durchlaßbereich im Bereich von etwa 50 — 55 MHz bei unter etwa 50 dB vorhanden ist. Wenn hierbei das die Oberflächenwelle absorbierende Material zwischen den Elektrodenpaaren 12 und 13 aufgestrichen wird, um die Oberflächenwelle geringfügig zu dämpfen, wird die Kennlinie gemäß den gestrichelten Linien in Fig.5 erhalten, wobei ein Nebenansprechen aufgrund der Gesamtwelle bei -2OdB vorhanden ist. Bei θ = 67,8° hat es sich gezeigt, daß die Vorrichtung eine mangelhafte Nebenansprechcharakteristik unabhängig davon besitzt, daß der Temperaturkoeffizient der Verzögerungszeit einen für praktische Zwecke ausreichend kleinen Wert besitzt.For θ = 67.8 ° is the frequency response of the device for elastic surface waves as a solid line in FIG. 5 plotted while the dashed line indicates the frequency response in the event that a small amount of a surface wave attenuating Material is applied to the surface wave propagation path. Can be used as a damping material for example, a rubber-like adhesive can be used, as it is called in the trade »Cemedine Contact« is available. The damping material is made with the help of a thin, made of cotton (Cotton wool) coated chopsticks. If the frequency changes continuously from 48 MHz 68 MHz, the attenuation is such that a passband in the range of about 50 - 55 MHz at below about 50 dB is present. If the surface wave absorbing material is brushed between the electrode pairs 12 and 13 in order to achieve the To slightly attenuate surface waves, the characteristic curve according to the dashed lines in Fig. 5 received, whereby a secondary response is present due to the overall wave at -2OdB. At θ = 67.8 ° it has been found that the device has a poor secondary response characteristic regardless that the temperature coefficient of the delay time has a sufficiently small value for practical purposes.
F i g. 6 zeigt den Frequenzgang der Vorrichtung beim Winkel θ = 80°. Bei kontinuierlicher Änderung der Frequenz im Bereich von 51 —70 MHz ist die Dämpfung derart, daß ein Bandpaß bzw. Durchlaßbereich in einem Bereich von etwa 53 — 57 MHz unterhalb von etwa 5OdB vorhanden ist, während das Nebenansprechen, wie dargestellt, in diesem Bereich unter 30 dB liegt. Die gestrichelte Linie zeigt den Frequenzgang bei Dämpfung der Oberflächenwelle um einen kleinen Betrag. Aus den F i g. 5 und 6 ist ersichtlich, daß bei einem Winkel von θ = 80° eine Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen mit besserer Dämpfungscharakteristik als bei θ = 67,8° erhalten wird.F i g. 6 shows the frequency response of the device at the angle θ = 80 °. If the Frequency in the range of 51-70 MHz, the attenuation is such that a bandpass or pass band in one The range of about 53 - 57 MHz below about 5OdB is present while the secondary speaker is as shown, is below 30 dB in this range. The dashed line shows the frequency response when the surface wave is attenuated by a small amount. the end the F i g. 5 and 6 it can be seen that at an angle of θ = 80 ° a device for elastic surface waves with better damping characteristics than is obtained at θ = 67.8 °.
F i g. 7 zeigt den Frequenzgang von Oberflächenwelle und Gesamtwelle (bulk wave) bei einem Winkel θ von 110,2°. Bei kontinuierlicher Änderung der Frequenz im Bereich von 51—70MHz ist die Oberflächenwellendämpfung derart, daß ein Durchlaßbereich im Bereich von etwa 53 — 57 MHz unter 50 dB vorhanden und das Nebenansprechen ausreichend klein ist. Der Pegel des Gesamt-Nebenwellenansprechens ist unter -3OdB gegenüber dem Oberflächenwellenansprechen vorhanden- Ersichtlicherweise wird somit bei einem Winkel θ = 110,2° eine Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen mit besserer Charakteristik erhalten.F i g. 7 shows the frequency response of surface wave and bulk wave at an angle θ of 110.2 °. If the frequency changes continuously in In the range of 51-70 MHz, the surface wave attenuation is such that a pass band in the range of about 53 - 57 MHz below 50 dB and the side response is sufficiently small. The level of the Overall spurious response is below -3OdB versus surface wave response - thus it can be seen that at an angle θ = 110.2 °, a surface elastic wave device with better characteristics can be obtained.
F i g. 8 zeigt den Frequenzgang der Vorrichtung beim Winkel θ = 142°. Die Dämpfung der OberflächenweDe bei kontinuierlicher Änderung im Bereich von 50—70 MHz ist dabei derart, daß ein Durchlaßbereich im Bereich von etwa 52—57MHz tmter etwa 5OdB vorhanden ist Die in Fig.8 in gestrichelter Linie dargestellte Kennlinie wird bei Dämpfung der Oberflächenwelle auf vorher beschriebene Weise erhalten, undF i g. 8 shows the frequency response of the device at Angle θ = 142 °. The attenuation of the surface displacement with continuous change in the range of 50-70 MHz is such that a pass band in the range of about 52-57 MHz tmter about 50 dB There is the one in Fig.8 in dashed line The characteristic shown is obtained with attenuation of the surface wave in the manner previously described, and diese Kennlinie zeigt an, daß ein von jedem Einfluß des Oberflächenwellen-Absorptionselements freier Ansprechabschnitt an der Hochfrequenzseite in unmittelbarer Nähe des Durchlaßbereichs vorhanden ist. Dies bedeutet, daß das Nebenansprechen an der Hochfrequenzseite des Durchlaßbereichs hoch ist. Vom Standpunkt des Frequenzgangs erhöht sich das Nebenansprechen bei einem Winkel θ von 142° auf einen praktisch nicht zulässigen Wert Bei Veigiöl-ethis characteristic curve indicates that there is a response section free from any influence of the surface acoustic wave absorbing element on the high frequency side in the immediate vicinity of the pass band. this means that the side response is high on the high frequency side of the pass band. From the From the standpoint of the frequency response, the secondary response increases at an angle θ of 142 ° a practically inadmissible value at Veigiöl-e rung des Winkels θ über 142° ist das Nebenanspn chen ebenfalls zu hoch.tion of the angle θ over 142 ° is the secondary requirement also too high.
Die Zunahme des Nebenansprechens bei einem Winkel θ von mehr als 142° geht aus den Frequenzkurven gemäß den Fig.9 und 10 noch deutlicher hervor.The increase in the secondary response at an angle θ of more than 142 ° can be seen even more clearly from the frequency curves according to FIGS.
F i g. 9 gilt für den Fall θ = 147,8°, und F i g. 10 gilt für θ = 178°. In jedem Fall erhöht sich das Gesamtwellen-Nebenansprechen an der Hochfrequenzseile des Oberflächenwellanansprechens übermäßig stark, so daß die praktische Anwendung als Vorrichtung für elastischeF i g. 9 applies to the case θ = 147.8 °, and F i g. 10 applies to θ = 178 °. In any case, the total wave spurious response on the high frequency cables of the surface wave response increases excessively, so that the practical application as a device for elastic
F i g. 11 ist eine graphische Darstellung des Frequenzgangs einer in Form einer Kombination der F i g. 4 bis 10 erhaltenen Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen, wobei in F i g. 11 die Oberflächenwellen-Aus-F i g. 11 is a graph of the frequency response of a combination of FIGS. 4 to 10 obtained device for elastic surface waves, wherein in F i g. 11 the surface acoustic wave breitungsrichtung θ auf der Abszisse und der Gesamt-Nebenansprechpegel (relativer Pegel in bezug auf den Durchlaßbereichpegel) auf der Ordinate aufgetragen sind. Eine Betrachtung von F i g. 11 zeigt, daß der Bereich der Ausbreitungsrichtung θ für relativespreading direction θ on the abscissa and the total secondary response level (relative level with respect to the Passband level) are plotted on the ordinate. Consideration of FIG. 11 shows that the Area of the direction of propagation θ for relative Streusignal- bzw. Nebensignalpegel von weniger als 4OdB von etwa 75° bis etwa 133° reicht. Wenn die Ausbreitungsrichtung θ in diesem Bereich festgelegt wird, kann eine Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen mit besserem Frequenzgang (Nebenwellen-Un-Stray signal or spurious signal level less than 4OdB ranges from about 75 ° to about 133 °. When the direction of propagation θ is set in this area a device for elastic surface waves with a better frequency response (spurious terdrückungscharakteristik) erhalten werden. Das gleiche Ergebnis kann bei θ = 75° + 180° bis θ = 133° + 180° erzielt werden.suppression characteristic) can be obtained. The same result can be obtained at θ = 75 ° + 180 ° bis θ = 133 ° + 180 ° can be achieved.
Im Fall von 75° <θ< 133° besitzt die Temperaturcharakteristik oder -kennlinie der Verzögerungszeit gemäßIn the case of 75 ° <θ <133 °, the temperature characteristic or characteristic curve has the delay time according to F i g. 3 einen ausreichend kleinen Wert, nämlich von unter 34 ppm/°C, bei welchem vom praktischen Standpunkt eine bessere Charakteristik erreicht wird.F i g. 3 has a sufficiently small value, namely of below 34 ppm / ° C, at which a better characteristic is obtained from the practical point of view.
Die graphische Darstellung von Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen dem piezoelektrischen KopplungsThe graph of Fig. 12 shows the relationship between the piezoelectric coupling wirkungsgrad der Oberflächenwellenvorrichtung und der Ausbreitungsrichtung θ auf dem X-Schnitt-LiTaO3-Substrat. Der Kopplungskoeffizient liegt in einem Maximalbereich von θ zwischen etwa 72° und 140°. Der Bereich von 72°<θ<140°, bei dem maximalerefficiency of the surface acoustic wave device and the direction of propagation θ on the X-cut LiTaO3 substrate. The coupling coefficient lies in one Maximum range of θ between about 72 ° and 140 °. The range of 72 ° <θ <140 ° at which the maximum Kopplungswirkungsgrad erreicht wird, entspricht vom Standpunkt des Frequenzgangs (F i g. 11) praktisch dem Winkelbereich von 75° < θ < 133°. Durch Wahl des Winkels θ im Bereich von 75° <θ< 133° kann ersichtlicherweise eine Vorrichtung für elastische Oberflächen-Coupling efficiency is achieved, from the point of view of the frequency response (Fig. 11) practically corresponds to that Angle range of 75 ° <θ <133 °. By choosing the angle θ in the range of 75 ° <θ <133 ° can obviously be a device for elastic surface wellen erzielt werden, die verbesserte Charakteristika bezüglich des Nebenansprechens, der Temperaturkennlinie und des Kopplungskoeffizienten (d. h. des Kopplungswirkungsgrads) besitzt Fig. 13 zeigt die Temperaturdrift-Kennlinie der alswaves can be obtained which has improved characteristics of secondary response, temperature characteristic, and coupling coefficient (i.e., coupling efficiency) Fig. 13 shows the temperature drift characteristic of the als Durchlaßbereich (54,6-54,7 MHz) gewählten Mittelfrequenz eines Zwischenfrequenz- bzw. IF-Fflters für einen Farbfernsehempfänger, wobei dieses Filter aus einer Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen gebildet ist bei welcher der Winkel θ gemäß Fig. 1 mitPassband (54.6-54.7 MHz) selected center frequency of an intermediate frequency or IF filter for one Color television receiver, this filter being formed from an elastic surface wave device is at which the angle θ according to FIG. 1 with θ = 112*2° gewählt ist Wie aus Fig. 13 hervorgeht variiert die Mittelfrequenz auch bei einer Temperaturänderung im Bereich von —20° bis 800C in einem Bereich von etwa ±038 MHz, so daß eine ausgezeich-θ = 112 * 2 ° is selected from FIG. 13 is apparent, the center frequency also varies with a temperature change in the range of -20 ° to 80 0 C in a range of about ± 038 MHz so that an excel-
nctcTcmperaiurdrificharakteristik erzielt wird.nctcTcmperaiurdrificharakteristik is achieved.
Bei der Ausführtingsforni gemäß I"ig. I besitzt die Vorrichtung die folgenden, in Γ ig. 1 und 2 angegebenen, typischen Abmessungen:In the execution form according to I "ig. I has the Device the following, in ig. 1 and 2 specified, typical dimensions:
s =1.2 mms = 1.2 mm
/ = 15 mm/ = 15 mm
n = 2,5 mmn = 2.5 mm
ι = 0.37 mm ι = 0.37 mm
wobeiwhereby
den Abstand zwischen den Kammelektroden, die Länge der geschnittenen Vorrichtung, die Breite der geschnittenen Vorrichtung und die Dicke der Vorrichtungthe distance between the comb electrodes, the length of the cut device, the width of the cut device and the thickness of the device
bedeuten.mean.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung für elastische Oberflächcnwcllen breitet sich die elastischeIn the device according to the invention for elastic surface waves, the elastic spreads
Oberflächenwelle in einer Richtung von 75' <Θ< 133" und (75 + 180)" <(-)< (133 + 180)" zur K-Achse auf dem A'-Schnitt-LiTaOi-Substrat aus, so daß eine ausgezeichnete Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen mit hoher Leistung erzielt werden kann, die einen hohen piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten, eine geringe Temperaturdrift der Oberl'lächcnwcllen-Mitlellrequcnz, ein geringes Nebenansprechen und einen kleinen Temperaturkocffizienlen der Verzögerungszeit besitzt.Surface wave in a direction of 75 '<Θ <133 "and (75 + 180)"<(-)< (133 + 180) "to the K-axis on the A'-cut LiTaOi substrate, so that an excellent The surface elastic wave device having a high piezoelectric coupling coefficient, a small temperature drift of surface wave central frequency, a low spurious response, and a small temperature efficiency of the delay time can be obtained.
Zur allgemeinen Information in Hinblick auf den Lrfindungsgegenstand sei auf die Arbeiten »Physical Acoustics«, herausgegeben von Warren P. Mason, Band I — Teil A, 1964, Academic Press, und »Design of Resonant Piezoelectric Devices«. Richard Holland und Γ..Ρ. EcxNissc. Research Monograph Nr. 56. The M.I.T. Press, 1969, verwiesen.For general information with regard to the subject matter of the invention, please refer to the work »Physical Acoustics, ”edited by Warren P. Mason, Volume I - Part A, 1964, Academic Press, and“ Design of Resonant Piezoelectric Devices «. Richard Holland and Γ..Ρ. EcxNissc. Research Monograph No. 56. The M.I.T. Press, 1969, referenced.
Hierzu 9 Blatt ZeichnungenIn addition 9 sheets of drawings
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